一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，特别是涉及受载煤岩次声波响应信号采集以及分析的一种实验系统，主要用于研究单轴压缩及劈裂拉伸条件下煤岩次声波信号的实时采集，同时可以测试煤岩试样的应力应变情况，其主要包括透声窗、次声波探测仪、次声波探测仪外接电源、屏蔽罩、数字化网络传输采集仪、次声波采集分析系统、力学传感器、轴向应变传感器、横向应变传感器、煤岩试样和劈裂底座，其利用该实验系统能够方便地采集到单轴压缩及劈裂拉伸条件下煤岩样次声波响应信号以及煤样加载过程中对应的应力应变状态。本实用新型具有结构新颖，操作便捷，同时还能有效地减少外界干扰等特点，属于一种实用的实验系统。
【专利说明】
一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种实验系统，特别是涉及受载煤岩次声波响应信号采集以及分析的一种实验系统，主要用于研究在单轴压缩及劈裂拉伸条件下煤岩次声波信号的采集及分析。
【背景技术】
[0002]考虑到矿山、水利、建筑、交通等工程领域中涉及到的煤岩体在载荷作用下的强度以及稳定性问题等，本实验系统为监测煤岩破裂变形失稳以及研究煤岩失稳机制提供重要手段，在开展单轴压缩及劈裂拉伸作用下煤岩裂纹的开裂、扩展及其相互贯通的演化规律研究方面有着十分重要的理论意义和工程实用价值。
[0003]次声波是频率在0.01?20Hz的声波，因频率低而不易被衰减，能在空气中传输很远的距离，因此，国际上研究人员将其作为自然界中地震、火山喷发、雪崩、台风、泥石流等灾害预警的重要指标。而次声波独特的性质使得探测时无须考虑次声波探头和岩石材料的耦合情况以及微裂隙的存在而使次声波信号产生衰减甚至畸变。
[0004]目前，对于煤岩次声波参数测试的实验设备存在以下问题:1、煤岩试样加载过程中存在的噪声(由开关门及施工等造成)及人为的空气流动可能造成监测的次声信号干扰；
2、试样加载过程中应力应变与同时间次声信号的精确对应还有待完善;3、缺乏对煤岩试样剪切载荷的状态下次声波信号的测定。针对以上问题，设计一种便捷高效的可实时监测单轴加载及劈裂拉伸条件下全过程的次声波实验系统是有一定必要的。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对现有的技术问题，提供一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，目的是在单轴压缩及劈裂拉伸条件下对煤岩次声波监测及分析，拟解决现有技术存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，其包括透声窗、次声波探头、次声波探测仪外接电源、屏蔽罩、数字化网络传输米集仪、次声波米集分析系统、力学传感器、轴向应变传感器、横向应变传感器、煤岩试样和劈裂底座，其特征在于，所述屏蔽罩上设置有透声窗，所述屏蔽罩内设置有所述次声波探头，所述次声波探测仪外接电源与次声波探头连接，所述次声波探头与所述数字化网络传输采集仪连接，所述数字化网络传输采集仪与所述次声波采集分析系统连接，所述屏蔽罩上的透声窗对准受载煤岩试样设置，煤岩试样上设置有轴向应变传感器和横向应变传感器，所述煤岩试样设置在所述劈裂底座上，通过数字化液压机的力控模式对煤岩样进行加载。
[0007]进一步，作为优选，所述次声波探测仪上设置有次声波探测仪电源接口和数据采集仪接口，所述次声波探测仪通过次声波探测仪电源接口与次声波探测仪外接电源连接，所述次声波探测仪通过数据采集仪接口与所述数字化网络传输采集仪连接。
[0008]进一步，作为优选，所述劈裂底座包括劈裂底座上下盘固定轴、上盘和下盘，所述上盘和下盘之间通过所述劈裂底座上下盘固定轴连接，所述煤岩试样设置在所述上盘和下盘之间，以便对煤岩试样进行加载，并确保圆柱形煤岩试样稳定在劈裂底座的下盘正中间。
[0009]进一步，作为优选，所述数字化液压机与次声波探测仪同步开启，对煤岩试样在受载变形破裂过程中的应力应变与次声波响应信号进行同步连续监测。
[0010]进一步，作为优选，所述屏蔽罩为疏松多孔的结构。
[0011 ]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0012](I)本实用新型可以提高受载煤岩试样变形破裂过程中次声波信号的信噪比；
[0013](2)本实用新型保证了对受载煤样应力应变与次声波实时监测的同步实现
[0014](3)本实用新型保证了试样在受剪切载荷时实验条件的稳定性。
[0015]本实用新型有结构新颖，获取数据更为精准，操作便捷，同时还可有效的减少外界干扰等特点。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型实验系统原理图；
[0017]图2是本实用新型的劈裂底座示意图；
[0018]在图中:1、透声窗；2、次声波探测仪；3、次声波探测仪外接电源；4、次声波探测仪电源接口；5、屏蔽罩；6、数据采集仪接口； 7、数字化网络传输采集仪；8、次声波采集分析系统；9、力学传感器；10、轴向应变传感器；11、横向应变传感器；12、煤岩试样；13、劈裂底座上下盘固定轴；14、上盘;15、下盘。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020]请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案:一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，其包括透声窗1、次声波探头2、次声波探测仪外接电源3、屏蔽罩5、数字化网络传输采集仪7、次声波采集分析系统8、力学传感器9、轴向应变传感器1、横向应变传感器11、煤岩试样12和劈裂底座，其特征在于，所述屏蔽罩5上设置有透声窗I，所述屏蔽罩5内设置有所述次声波探头2，所述次声波探测仪外接电源3与次声波探头2连接，所述次声波探头2与所述数字化网络传输采集仪7连接，所述数字化网络传输采集仪7与所述次声波采集分析系统8连接，所述屏蔽罩5上的透声窗I对准受载煤岩试样设置，煤岩试样上设置有轴向应变传感器10和横向应变传感器11，所述煤岩试样设置在所述劈裂底座上，通过数字化液压机的力控模式对煤岩样进行加载。
[0021 ]在本实施例中，所述次声波探测仪2上设置有次声波探测仪电源接口 4和数据采集仪接口 6，所述次声波探测仪2通过次声波探测仪电源接口 4与次声波探测仪外接电源连接，所述次声波探测仪2通过数据采集仪接口 6与所述数字化网络传输采集仪连接。
[0022]如图2所示，所述劈裂底座包括劈裂底座上下盘固定轴13、上盘14和下盘15，所述上盘14和下盘15之间通过所述劈裂底座上下盘固定轴13连接，所述煤岩试样设置在所述上盘14和下盘15之间，以便对煤岩试样进行加载，并确保圆柱形煤岩试样稳定在劈裂底座的下盘正中间。在进行实验时，所述数字化液压机与次声波探测仪同步开启，对煤岩试样在受载变形破裂过程中的应力应变与次声波响应信号进行同步连续监测。
[0023]本实用新型在次声波探测仪外加屏蔽罩，这可有效减少煤岩试样加载过程中存在的噪声(由开关门及施工等造成)及人为的空气流动可能造成监测的次声信号干扰，而屏蔽罩上的透声窗直接指向煤岩试样，这样同时提高了所采集的次声信号的信噪比；采用数字化液压机的力控模式对煤岩样进行加载，保证了对煤岩试样全程的加载速度和的应力应变的记录，并能实现实时监测煤岩试样在加载过程中的次声波信号;劈裂底座能够确保煤岩试样在底座下盘正中间，并且上下盘固定轴能够保证煤岩试样受到剪切载荷时整个装置保持稳定。本实用新型采用数字化液压机对其进行加压过程中，通过次声波实时监测系统采集次声波信号，并由数字化仪进行模数转换，最终由次声波分析系统进行信号可视化输出，采用疏松多孔的材质制成屏蔽罩及其上指向煤岩试样的透声窗能够提高所采集的次声信号的信噪比。其在单轴压缩条件下，可调整煤岩试样上下两个端面的平整度来使试样在受载过程中保持稳定，而劈裂拉伸底座能够确保圆柱形煤岩试样稳定在底座下盘正中间，并且上下盘固定轴能够使试样在受到剪切载荷时整个装置保持稳定。
[0024]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，其包括透声窗、次声波探头、次声波探测仪外接电源、屏蔽罩、数字化网络传输采集仪、次声波采集分析系统、力学传感器、轴向应变传感器、横向应变传感器、煤岩试样和劈裂底座，其特征在于，所述屏蔽罩上设置有透声窗，所述屏蔽罩内设置有所述次声波探头，所述次声波探测仪外接电源与次声波探头连接，所述次声波探头与所述数字化网络传输采集仪连接，所述数字化网络传输采集仪与所述次声波采集分析系统连接，所述屏蔽罩上的透声窗对准受载煤岩试样设置，煤岩试样上设置有轴向应变传感器和横向应变传感器，所述煤岩试样设置在所述劈裂底座上，通过数字化液压机的力控模式对煤岩样进行加载。2.根据权利要求1所述的一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，其特征在于:所述次声波探测仪上设置有次声波探测仪电源接口和数据采集仪接口，所述次声波探测仪通过次声波探测仪电源接口与次声波探测仪外接电源连接，所述次声波探测仪通过数据采集仪接口与所述数字化网络传输采集仪连接。3.根据权利要求1所述的一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，其特征在于:所述劈裂底座包括劈裂底座上下盘固定轴、上盘和下盘，所述上盘和下盘之间通过所述劈裂底座上下盘固定轴连接，所述煤岩试样设置在所述上盘和下盘之间，以便对煤岩试样进行加载，并确保圆柱形煤岩试样稳定在劈裂底座的下盘正中间。4.根据权利要求1所述的一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，其特征在于:所述数字化液压机与次声波探测仪同步开启，对煤岩试样在受载变形破裂过程中的应力应变与次声波响应信号进行同步连续监测。5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种受载煤岩次声波响应信号采集以及分析实验系统，其特征在于:所述屏蔽罩为疏松多孔的结构。
【文档编号】G01N3/12GK205449692SQ201620230355
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】贾林兴, 常虎强, 王云刚, 王庆军
【申请人】河南理工大学